ANTRIEBSTECHNIK ANZEIGE a b c 04 d 04 a) ISO-Zollgewinde, b) Trapezgewinde nach DIN 103, c) Rundgewinde nach DIN 405, d) gotisches Gewindeprofil für Kugelgewindespindeln mit Steigung P und Radiusversatz x PRODUKTE UND ANWENDUNGEN werden für die Befestigung und Gewinde mit größerer Steigung für die Bewegung verwendet. Gewindebezeichnungen bestehen dabei aus einem Kennbuchstaben für das Gewindeprofil, dem Außendurchmesser und gegebenenfalls weiteren Angaben. So steht bei der Bezeichnung Gewinde M10 das M für ein metrisches Regelgewinde mit einem Außendurchmesser (Nenngröße) von 10 mm und einer Steigung von 1,5 mm. Folgt nach M10 noch das Kürzel LH (left hand), handelt es sich um ein linksgängiges Gewinde. Üblich sind jedoch Gewinde, welche sich im Uhrzeigersinn drehen. Diese sind rechtsdrehende Gewinde (Rechtgewinde) und werden mit RH abgekürzt. Die im Folgenden beschriebenen Gewindesysteme und ihre Gewindeprofile gelten für alle bekannten Herstellungsarten wie Fräsen, Drehen, Wirbeln, Schleifen oder Rollen. Bei gerollten Gewinden darf der Hersteller das Normprofil teilweise modifizieren. Die drei bekanntesten gerollten Gewindesysteme sind: metrisches ISO-Gewinde Whitworth-Gewinde Amerikanische Gewindearten – das ISO-Zollgewinde In allen drei Gewindesystemen gibt es sowohl Regel- als auch Feingewinde. Obwohl eine weltweit vereinheitlichte Gewindenormung derzeit nicht in Sicht ist, gilt das Gewinde als das am umfassendsten normierte Maschinenelement. Neben allgemein gültigen Normen machen viele Hersteller insbesondere für Bewegungsspindeln darüber hinaus weitere spezifische Angaben. TRAPEZ-, RUND- UND GOTISCHES KUGELGEWINDE Im Folgenden soll näher auf die Eigenschaften von Trapezgewinden, Rundgewinden und gotischen Kugelgewinden eingegangen werden. Denn diese Gewindetypen sind für das Gewinderollen von besonderer Bedeutung. Beim Trapezgewinde nach DIN 103 folgt der Nenndurchmesser und die Steigung der Norm des metrischen ISO-Gewindes; die Gewindetiefe h3 beträgt 0,5P, der Flankenwinkel 30 °. Beim Trapezgewinde nach DIN 380 (geringere Tragtiefe) wird der Kerndurchmesser um 0,4P angehoben, ansonsten ist das Profil identisch mit dem Profil nach DIN 103. Für das Gewinderollen ist am Kerndurchmesser ein Radius zulässig (P/2 0,15). Rundgewinde nach DIN 405 eignen sich besonders für Armaturen, da es unempfindlich gegen Schmutz und Beschädigungen ist. Der Außendurchmesser wird in Millimetern angegeben, die Steigung in Zoll. Erwähnenswert ist: Das Gewinde der Mutter hat einen anderen Radius als das der Schraube. Die Rundgewindelspindeln von Eichenberger heißen Rondo und eignen sich besonders für Anwendungen mit erhöhter Beanspruchung, eingeschränkten Schmierungsmöglichkeiten sowie hohe Anforderungen an die Geräuschentwicklung. Das Profil des gotischen Kugelgewindes wird für Gewindespindeln in Kugelgewindetrieben eingesetzt, bislang ist es jedoch nicht genormt. Der Kugelgewindetrieb Carry von Eichenberger überzeugt durch das Bewegen von hohen Lasten bei geringem Energieverbrauch und ist dabei noch verschleißfrei. WERKSTOFFE UND KONSTRUKTION Welche Werkstoffe werden für Gewinde- und Schraubspindeln verwendet und welche konstruktiven Vorteile bieten gerollte Gewinde? Als gängigster Werkstoff für gerollte Gewinde wird heute Stahl eingesetzt. Je nach Güte des verwendeten Materials entstehen verschiedene Festigkeitsklassen. Bei Schrauben ist die Festigkeitsklasse auf dem Kopf ablesbar, bei Gewindespindeln gibt 28 DER KONSTRUKTEUR 2024/10 www.derkonstrukteur.de
ANTRIEBSTECHNIK 05 05 Beispiele für Steilgewinde-Profile: Mehrgängige Gewinde mit Steigungen bis zum sechsfachen Durchmesser mit Muttern aus Kunststoff oder Bronze es Ansätze zur Vereinheitlichung der Werkstoffangabe, die sich jedoch nicht allgemein durchgesetzt haben. Jeder Hersteller hat noch seine werkseigene Bezeichnung. Zum Einsatz kommen dabei sowohl nicht legierte als auch legierte Stähle (Qualitäts- und Edelstähle). Legierte Stähle besitzen oft erheblich schlechtere Dehneigenschaften als unlegierte. Daher erweisen sich Schrauben in VA-Qualität (Edelstahl) in vielen Einsatzgebieten als problematisch. Auch Nichteisenmetalle finden Verwendung. Neben Stahlschrauben gibt es auch Schrauben aus Aluminium, Messing und Titan. Aluminium und Messing haben jedoch den Nachteil, dass sie entweder in der Dehnung oder in der Festigkeit selbst einem gewöhnlichen Stahl weit unterlegen sind. Deshalb werden Schrauben aus diesen Materialien nur für nicht tragende Verschraubungen verwendet. Obwohl Titan in Bezug auf Dehnung und Festigkeit mit Stahl mithalten kann, wird es aus Kostengründen nur in Spezialfällen für Schrauben und Muttern eingesetzt, wie zum Beispiel in der Medizin. Nur weit unter 1 Prozent aller gerollten Gewinde werden aus NE-Metallen hergestellt. VORTEILE UND ANWENDUNGEN Als spanloses Formgebungsverfahren werden beim Gewinderollen die Materialfasern nicht unterbrochen, sondern lediglich umgeleitet. Durch das Bündeln der Längsfasern des Grundmaterials wird der Gewindegang im Kernquerschnitt verankert. Der Werkstoff wird an den am meisten beanspruchten Stellen verdichtet und geglättet. Dies vergrößert seine Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß, erhöht die Festigkeit erheblich und sorgt für eine sehr gute Rauheit (Unebenheit der Oberflächenhöhe, genormt in der DAS ERSTE NORMGEWINDE Der britische Ingenieur Sir Joseph Whitworth (1803 – 1887) stellte wichtige theoretische Überlegungen an, um eindeutige Gewindemaße zu definieren. Im Jahr 1841 schaffte er mit der Festlegung der Kenngrößen Außen- und Kerndurchmesser, Steigung und Flankenwinkel den Durchbruch. Daher gilt dieses Jahr als das Erfindungsjahr des genormten Gewindes. Das zu Ehren seines Erfinders noch heute als Whitworth-Gewinde bezeichnete Gewindesystem wurde im ausgehenden 19. Jahrhundert weltweit und somit auch auf dem europäischen Festland angewendet. Nicht einmal die Festlegung des Meters als Basiseinheit der Länge auf der Meterkonferenz von 1875 in Paris und die darauf beruhende Entwicklung eines metrischen Gewindesystems konnte daran etwas ändern. In den Vereinigten Staaten von Amerika legten die Gewindehersteller eine Mischung von englischen und metrischen Gewindemassen fest. Grundsätzlich hat sich an diesem Nebeneinander britischer, festlandeuropäischer und amerikanischer Gewindesysteme bis heute nur wenig geändert. ISO 25178) auf den Gewindeflanken und im Radius des Gewindegrunds. Die Kerbschlagfestigkeit nimmt ebenfalls deutlich zu. Aus der Sicht des Konstrukteurs bieten gerollte Gewinde vielfältige Vorteile. Die Gewinde haben eine höhere Festigkeit als spanend gefertigte und überzeugen zugleich durch ein besseres Preis-Leistungs-Verhältnis. Außerdem lassen sich spielfreie Gewindetriebe realisieren. Eine spezielle Konstruktion mit einer Vorspannung macht es möglich: Eine Feder verspannt die beiden Mutternteile gegeneinander und hebt so das Spiel des Spindeltriebs auf. Die maßgeschneiderten Kugelgewindetriebe von Eichenberger werden beispielsweise in der Medizintechnik in Dialysegeräten oder im Luft- und Fahrzeugbau in Flugzeugsitzen, Lkw-Kupplungen, Bus- und U-Bahntüren eingesetzt. Des Weiteren findet man sie in der Gebäudetechnik unter anderem für Überdachungssysteme oder in der Textilindustrie in Stick- und Webmaschinen. Sie sorgen aber auch für den einwandfreien Betrieb unterschiedlicher Apparate, wie zum Beispiel in Bolzensetzgeräten, welche in der Bauindustrie eingesetzt werden. GEROLLTE GEWINDETRIEBE NACH MASS Mit modernsten Methoden und über 70 Jahren Erfahrung fertigt Eichenberger gerollte Gewindetriebe – auch für so außergewöhnliche Anwendungen wie dem Andocken an der Internationalen Raumstation. Mit einem Werkzeugbestand von über 1.000 Rollwerkzeugen und einem exzellenten Know-how in der Kaltumformung kann Eichenberger 6-fache Steigungen des Durchmessers (2 bis 160 mm) und Spindellängen von bis zu 4 m realisieren – und das bis zur Steigungsgenauigkeitsklasse G5. Das Portfolio umfasst sämtliche Normprofile. Je nach Anwendung können Konstrukteure auf vielfältige Gewindetypen zurückgreifen, vom mehrgängigen Gewinde, über Steil- und Kugelgewindeprofile bis hin zu Sonderprofilen. Bilder: Eichenberger; Bild 04: Bernhard Trösch und Kurt Husistein: Gewinderollen Grundlagen, Verfahren, Werkzeuge, Anwendungen gerollter Hightech-Gewinde. Landsberg: Verlag Moderne Industrie, 2007 (Die Bibliothek der Technik, Bd. 286). www.eichenberger.com www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2024/10 29
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